(57)【要約】【課題】潤滑物質を付着したトナーが現像装置内に回収されたときに生ずるトナー帯電量の低下を抑制し、これによって現像能力の低下を防止し、トナー飛散の発生を低減する。【解決手段】現像装置１４に、トナー粒子を担持して現像位置へと搬送し、像担持体１２に付着する現像ローラ（現像剤担持体）３１と、その現像ローラで担持するトナー粒子を規制位置で層厚規制する層厚規制部材３３と、現像ローラの回転方向において現像位置の上流で、規制位置の下流に配置し、電圧を印加することによって発生する放電を用いて現像ローラで担持するトナー粒子を帯電するトナー帯電部材３５とを備える。そして、現像装置により像担持体の静電潜像を現像し、その現像後のトナー像を直接または間接的に転写して転写材に画像を形成する。また、潤滑物質供給手段１６により像担持体の表面に潤滑物質を供給する一方、像担持体上の転写残トナーを現像装置に回収する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像装置により帯電トナー粒子を付着して像担持体の静電潜像を現像し、その現像後のトナー像を直接または間接的に転写して転写材に画像を形成する画像形成装置にあって、
潤滑物質供給手段により前記像担持体の表面に潤滑物質を供給する一方、前記像担持体上の転写残トナーを前記現像装置に回収する画像形成装置において、
電圧を印加することによって発生する放電を用いて前記現像装置内のトナー粒子を帯電するトナー帯電部材を設けることを特徴とする、画像形成装置。
【請求項２】
前記現像装置に、トナー粒子を担持して現像位置へと搬送し、前記像担持体に付着する現像剤担持体と、その現像剤担持体で担持するトナー粒子を規制位置で層厚規制する層厚規制部材とを備えるとともに、
前記現像剤担持体の回転方向において、前記現像位置の上流で、前記規制位置の下流に、前記トナー帯電部材を配置することを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記トナー帯電部材まわりで前記現像剤担持体の表面に対向してトナー飛散防止部材を設けるとともに、そのトナー帯電部材に交流電圧を印加することを特徴とする、請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像装置に、トナー粒子を担持して現像位置へと搬送し、前記像担持体に付着する現像剤担持体と、その現像剤担持体に弾性的に押し当ててそれで担持するトナー粒子の層厚を規制する層厚規制部材とを備えるとともに、
その層厚規制部材を、前記トナー帯電部材としても利用することを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像剤担持体と、その現像剤担持体が担持するトナー粒子を挟んでその現像剤担持体に押し当てる部材のいずれか一方に電圧を印加したときに、他方に流れる電流を検出する電流検出手段を備えるとともに、
その電流検出手段の検出出力に応じて、前記トナー帯電部材に印加する電圧を制御する制御手段を備えることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記像担持体上のトナー像またはそのトナー像を直接もしくは間接的に転写して形成した記録媒体上のトナー像のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段を備えるとともに、
そのトナー濃度検知手段の検出出力に応じて、前記トナー帯電部材に印加する電圧を制御する制御手段を備えることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１に記載の画像形成装置。
【請求項７】
交流電圧を印加することによって前記像担持体を帯電する帯電装置を備えることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１に記載の画像形成装置。
【請求項８】
像担持体と、帯電トナー粒子を付着して前記像担持体の静電潜像を現像するとともに、その現像後のトナー像を直接または間接的に転写材に転写して後になお前記像担持体上に残留する転写残トナーを回収する現像装置と、前記像担持体の表面に潤滑物質を供給する潤滑物質供給手段と、電圧を印加することによって発生する放電を用いて前記現像装置内のトナー粒子を帯電するトナー帯電部材とを備えることを特徴とする、プロセスカートリッジ。
【請求項９】
トナー粒子を担持して現像位置へと搬送する現像剤担持体と、その現像剤担持体で担持するトナー粒子を規制位置で層厚規制する層厚規制部材と、電圧を印加することによって発生する放電を用いて前記現像剤担持体上のトナー粒子を帯電するトナー帯電部材とを備え、
前記現像剤担持体で帯電トナー粒子を付着して像担持体の静電潜像を現像するとともに、その現像後のトナー像を直接または間接的に転写材に転写して後になお前記像担持体上に残留する転写残トナーを回収することを特徴とする、現像装置。
【請求項１０】
画像形成時に、現像装置内で、現像剤担持体によりトナー粒子を担持して搬送し、その現像剤担持体で担持するトナー粒子を層厚規制部材で層厚規制するとともに、電圧を印加することによって発生する放電を用いて前記現像剤担持体上のトナー粒子をトナー帯電部材で帯電し、その帯電したトナー粒子を前記現像剤担持体で現像位置まで搬送して像担持体に付着することによりその像担持体上の静電潜像を現像し、
その現像後のトナー像を直接または間接的に転写材に転写し、その後なお前記像担持体上に残留する転写残トナーを前記現像装置に回収する一方、
非画像形成時に、潤滑物質供給手段により前記像担持体の表面に潤滑物質を供給することを特徴とする、画像形成装置における作像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機などの画像形成装置に関する。そのうち特に、像担持体上に形成したトナー像を直接または中間転写体を介して間接的に転写して、シート・ＯＨＰフィルム等の転写材に画像を形成する画像形成装置に関する。また、そのような画像形成装置において、像担持体と少なくとも現像装置を備えて一体的に構成し、画像形成装置本体に対して一括して着脱自在とするプロセスカートリッジに関する。さらには、そのような画像形成装置やプロセスカートリッジに備え、像担持体上の静電潜像を現像する現像装置に関する。加えて、画像形成装置において、像担持体上にトナー像を形成する作像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば電子写真式の画像形成装置では、ドラム状やベルト状の像担持体のまわりに帯電装置、書込み装置、現像装置、転写装置などを配置し、像担持体の回転とともに、その像担持体の表面を帯電装置で一様に帯電し、次いで書込み装置で書込みを行って像担持体上に静電潜像を形成してから、現像装置でトナーを付着してその静電潜像を現像し、現像後の像担持体上のトナー像を転写装置で直接転写し、または中間転写体を介して間接的に転写し、転写材に画像を形成していた。
【０００３】
ところで、このような画像形成装置では、転写材や中間転写体などの記録媒体にトナー像を転写後、像担持体上には転写されなかったトナー粒子が残留する。この転写残トナーは、像担持体上にそのまま残留すると、次の画像形成の妨げとなる。このため、これまでの画像形成装置では、像担持体まわりに別途専用のクリーニング装置を備え、そのクリーニング装置で像担持体上の転写残トナーを除去して再度の画像形成に備えていた。そして、クリーニング装置により除去したトナーは、容器に回収して廃棄し、または現像装置に戻してリサイクル使用していた。
【０００４】
ところが、近年、構成簡素化の観点から、専用のクリーニング装置を設けずに、転写残トナーを像担持体上に担持したままそのまま現像領域まで搬送し、現像装置で回収するようにしたクリーナレス方式のものが検討され実用化されている。このような画像形成装置でも、現像装置に回収されたトナー粒子を再使用することから、転写残トナーの廃棄を不要として環境負荷の低減を図ることができる。
【０００５】
一方、この種のクリーナレス方式の画像形成装置の中には、例えば特許文献１に記載されるように、トナーの転写率を向上し、またクリーニング性を高めるため、潤滑物質供給手段により、ステアリン酸亜鉛等の潤滑物質を供給して像担持体の表面に塗布するようにしたものがある。
【０００６】
また、従来のクリーナレス方式の画像形成装置の中には、例えば特許文献２に記載されるように、現像剤中に潤滑物質を含み、現像装置から潤滑物質を供給して像担持体の表面に塗布するようにしたものがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１９５６８４号公報
【特許文献２】特開２００３−２９５６１２号公報
【特許文献３】特開２００３−３０２８８１号公報
【特許文献４】特開２００１−２４２７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、以上のように像担持体の表面に潤滑物質を塗布する画像形成装置にあっては、像担持体上に付着するトナー粒子に潤滑物質が付いてトナー粒子が潤滑物質で汚染することとなる。特許文献１に記載されるように、転写装置を通じて潤滑物質を塗布する場合には、トナー粒子には像担持体側と転写装置側の両側から潤滑物質が塗布することとなり、トナー粒子の表面の多くの部分が潤滑物質で汚染することとなる。
【０００９】
また、クリーナレス方式の画像形成装置にあっては、潤滑物質で汚染された転写残トナーが現像装置に回収されると、現像装置内の他のトナー粒子にも潤滑物質が付着して現像装置内のトナー粒子が広く汚染することとなる。
【００１０】
ところで、現像装置内のトナー粒子は、一般的に摩擦帯電によって帯電して像担持体に付着する。すなわち、トナー粒子とキャリア粒子とからなる二成分現像剤を用いる現像装置では、トナー粒子とキャリア粒子との摩擦によって帯電し、トナー粒子のみからなる一成分現像剤を用いる現像装置では、トナー粒子と現像剤担持体や層厚規制部材との摩擦によって帯電する。
【００１１】
ところが、発明者らの検討によると、潤滑物質によって汚染されたトナー粒子は、摩擦によって帯電しにくくなる。摩擦帯電は、トナー粒子表面に存在する帯電サイトが、キャリア粒子や現像剤担持体上に存在する帯電サイトに対して非常に近接することによって両者の間で電荷の授受が行われることによる。汚染トナー粒子が摩擦帯電しにくくなる理由は、このとき両者の界面に潤滑物質が存在すると電荷の授受が妨げられることになるからであり、また両者の帯電サイトを近接するためには、現像剤の撹拌により強い圧力でキャリア粒子とトナー粒子とを接触させたり、層厚規制部材によって強い圧力でトナー粒子を現像剤担持体へ接触させたりする必要があるが、潤滑物質が存在する状態においては強い圧力をかけると滑りが生じ、両者が充分に近接することができないからではないかと考えられる。
【００１２】
したがって、潤滑物質が表面に付着したトナー粒子が現像装置に回収されると、かかるトナー粒子は適正に帯電しにくく、弱帯電トナーとなってしまう。弱帯電トナーは、現像電界に反応しにくいために現像への寄与が小さく、現像装置に回収しても再利用率が低くなってしまう。さらに、トナー粒子中の弱帯電トナーの割合が増えると、現像能力の低下を引き起こし、トナー飛散を発生させることもある。またさらに、上述したように、潤滑物質が転写残トナーから他のトナーに移動することで汚染が広がり、転写残トナー以外のトナー粒子においても弱帯電トナーが増加する。
【００１３】
特許文献２に記載されるように、潤滑物質を現像装置から像担持体上に供給する方式のものでは、もともと現像装置内に潤滑物質が含まれていることを計算に入れた上でトナー粒子が適正に帯電するように各種条件が設定されているはずであるが、このような方式においても新たな潤滑物質が像担持体上から現像装置内に混入すると、トナー粒子の摩擦帯電能力は低下し、その結果、弱帯電トナーが発生することとなる。
【００１４】
また、特許文献４に記載されるように、現像ローラ上のトナーの帯電量を高く安定させるために、現像剤担持体と当接するトナー帯電ローラに電圧を印加して放電によってトナーの帯電量を上昇させる技術も知られている。しかし、この特許文献４では、クリーナレス方式において潤滑物質を像担持体に供給した際の課題についてはまったく記載されていない。
【００１５】
そこで、この発明の目的は、潤滑物質を付着したトナーが現像装置内に回収されたときに生ずるトナー帯電量の低下を抑制し、これによって現像能力の低下を防止し、トナー飛散の発生を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、現像装置により帯電トナー粒子を付着して像担持体の静電潜像を現像し、その現像後のトナー像を直接または間接的に転写して転写材に画像を形成する画像形成装置にあって、
潤滑物質供給手段により前記像担持体の表面に潤滑物質を供給する一方、前記像担持体上の転写残トナーを前記現像装置に回収する画像形成装置において、
電圧を印加することによって発生する放電を用いて前記現像装置内のトナー粒子を帯電するトナー帯電部材を設ける、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、
前記現像装置に、トナー粒子を担持して現像位置へと搬送し、前記像担持体に付着する現像剤担持体と、その現像剤担持体で担持するトナー粒子を規制位置で層厚規制する層厚規制部材とを備えるとともに、
前記現像剤担持体の回転方向において、前記現像位置の上流で、前記規制位置の下流に、前記トナー帯電部材を配置する、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像形成装置において、
前記トナー帯電部材まわりで前記現像剤担持体の表面に対向してトナー飛散防止部材を設けるとともに、そのトナー帯電部材に交流電圧を印加する、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、
前記現像装置に、トナー粒子を担持して現像位置へと搬送し、前記像担持体に付着する現像剤担持体と、その現像剤担持体に弾性的に押し当ててそれで担持するトナー粒子の層厚を規制する層厚規制部材とを備えるとともに、
その層厚規制部材を、前記トナー帯電部材としても利用する、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１に記載の画像形成装置において、
前記現像剤担持体と、その現像剤担持体が担持するトナー粒子を挟んでその現像剤担持体に押し当てる部材のいずれか一方に電圧を印加したときに、他方に流れる電流を検出する電流検出手段を備えるとともに、
その電流検出手段の検出出力に応じて、前記トナー帯電部材に印加する電圧を制御する制御手段を備える、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１に記載の画像形成装置において、
前記像担持体上のトナー像またはそのトナー像を直接もしくは間接的に転写して形成した記録媒体上のトナー像のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段を備えるとともに、
そのトナー濃度検知手段の検出出力に応じて、前記トナー帯電部材に印加する電圧を制御する制御手段を備える、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１に記載の画像形成装置において、
交流電圧を印加することによって前記像担持体を帯電する帯電装置を備える、ことを特徴とする。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、プロセスカートリッジにおいて、
像担持体と、帯電トナー粒子を付着して前記像担持体の静電潜像を現像するとともに、その現像後のトナー像を直接または間接的に転写材に転写して後になお前記像担持体上に残留する転写残トナーを回収する現像装置と、前記像担持体の表面に潤滑物質を供給する潤滑物質供給手段と、電圧を印加することによって発生する放電を用いて前記現像装置内のトナー粒子を帯電するトナー帯電部材とを備える、ことを特徴とする。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、現像装置において、
トナー粒子を担持して現像位置へと搬送する現像剤担持体と、その現像剤担持体で担持するトナー粒子を規制位置で層厚規制する層厚規制部材と、電圧を印加することによって発生する放電を用いて前記現像剤担持体上のトナー粒子を帯電するトナー帯電部材とを備え、
前記現像剤担持体で帯電トナー粒子を付着して像担持体の静電潜像を現像するとともに、その現像後のトナー像を直接または間接的に転写材に転写して後になお前記像担持体上に残留する転写残トナーを回収する、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、画像形成装置における作像方法において、
画像形成時に、現像装置内で、現像剤担持体によりトナー粒子を担持して搬送し、その現像剤担持体で担持するトナー粒子を層厚規制部材で層厚規制するとともに、電圧を印加することによって発生する放電を用いて前記現像剤担持体上のトナー粒子をトナー帯電部材で帯電し、その帯電したトナー粒子を前記現像剤担持体で現像位置まで搬送して像担持体に付着することによりその像担持体上の静電潜像を現像し、
その現像後のトナー像を直接または間接的に転写材に転写し、その後なお前記像担持体上に残留する転写残トナーを前記現像装置に回収する一方、
非画像形成時に、潤滑物質供給手段により前記像担持体の表面に潤滑物質を供給する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１に記載の発明によれば、現像装置により帯電トナー粒子を付着して像担持体の静電潜像を現像し、その現像後のトナー像を直接または間接的に転写して転写材に画像を形成する画像形成装置にあって、潤滑物質供給手段により像担持体の表面に潤滑物質を供給する一方、像担持体上の転写残トナーを現像装置に回収するから、潤滑物質により汚染したトナー粒子が回収されることにより現像装置内のトナー汚染が広がり、摩擦によって適正に帯電しにくくなって弱帯電トナーが増加するおそれがある。しかし、電圧を印加することによって発生する放電を用いて現像装置内のトナー粒子を帯電するトナー帯電部材を設け、像担持体に付着するトナー粒子を強制的に帯電するので、弱帯電トナーの発生を抑制して現像能力の低下を防止し、トナー飛散の発生を低減することができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明によれば、トナー粒子を担持して現像位置へと搬送し、像担持体に付着する現像剤担持体と、その現像剤担持体で担持するトナー粒子を規制位置で層厚規制する層厚規制部材とを現像装置に備え、現像剤担持体の回転方向において、現像位置の上流で、規制位置の下流に、トナー帯電部材を配置するので、そのトナー帯電部材で、像担持体に付着するトナー粒子を強制的に帯電し、弱帯電トナーの発生を抑制して現像能力の低下を防止し、トナー飛散の発生を低減することができる。
【００２８】
請求項３に記載の発明によれば、トナー帯電部材に交流電圧を印加するので、直流電圧を印加する場合よりも現像剤担持体をむらなく帯電し、トナー粒子を均一に帯電することができるとともに、交流電圧による双方向放電により、トナー表面に付着した潤滑物質を効率よく分解してトナー粒子の汚染を解消することができる。トナー帯電部材に交流電圧を印加すると、トナー粒子が飛散するおそれがあるが、トナー帯電部材まわりで現像剤担持体の表面に対向してトナー飛散防止部材を設け、そのトナー飛散防止部材でトナー粒子を閉じ込めてトナー飛散を防止することができる。
【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、トナー粒子を担持して現像位置へと搬送し、像担持体に付着する現像剤担持体と、その現像剤担持体に弾性的に押し当ててそれで担持するトナー粒子の層厚を規制する層厚規制部材とを現像装置に備え、層厚規制部材をトナー帯電部材としても利用するので、トナー帯電部材を別途設ける必要をなくし、部品点数を削減するとともに、層厚規制部材を兼ねるトナー帯電部材で、像担持体に付着するトナー粒子を強制的に帯電し、弱帯電トナーの発生を抑制して現像能力の低下を防止し、トナー飛散の発生を低減することができる。
【００３０】
請求項５に記載の発明によれば、現像剤担持体と、その現像剤担持体が担持するトナー粒子を挟んでその現像剤担持体に押し当てる部材のいずれか一方に電圧を印加したときに、他方に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、その電流検出手段の検出出力に応じて制御手段によりトナー帯電部材に印加する電圧を制御するので、時の経過とともに、トナー汚染の程度が増加したりトナー帯電部材に付着するトナーが多くなったりすることがあったとしても、それに基づく放電量の変化を、現像剤担持体または他の部材を流れる電流の変化から電流検出手段で検出する。そして、放電量の変化に合わせて制御手段によりトナー帯電部材に対する印加電圧を変化し、現像剤担持体または他の部材を流れる電流を元に戻すことによりトナー帯電量を一定とし、弱帯電トナーの発生を抑制して現像能力の低下を防止し、トナー飛散の発生を低減することができる。
【００３１】
請求項６に記載の発明によれば、像担持体上のトナー像またはそのトナー像を直接もしくは間接的に転写して形成した記録媒体上のトナー像のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段を備え、そのトナー濃度検知手段の検出出力に応じてトナー帯電部材に印加する電圧を制御する制御手段を備えるので、時の経過とともに、トナー汚染の程度が増加したりトナー帯電部材に付着するトナーが多くなったりすることがあったとしても、それに基づくトナー濃度の変化をトナー濃度検知手段で検知する。そして、トナー濃度の変化に合わせて制御手段によりトナー帯電部材に対する印加電圧を変化し、トナー濃度を元に戻すことによりトナー帯電量を一定とし、弱帯電トナーの発生を抑制して現像能力の低下を防止し、トナー飛散の発生を低減することができる。
【００３２】
請求項７に記載の発明によれば、交流電圧を印加することによって像担持体を帯電する帯電装置を備えるので、潤滑物質で汚染されている転写残トナーを摩擦帯電によって帯電することは難しいが、摩擦帯電によらず、帯電装置による放電によって帯電することで、逆帯電トナーや弱帯電トナーを多く含む転写残トナーを現像装置に確実に回収することができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明によれば、現像装置により帯電トナー粒子を付着して像担持体の静電潜像を現像し、その現像後のトナー像を直接または間接的に転写して転写材に画像を形成するプロセスカートリッジにあって、潤滑物質供給手段により像担持体の表面に潤滑物質を供給する一方、像担持体上の転写残トナーを現像装置に回収するから、潤滑物質により汚染したトナー粒子が回収されることにより現像装置内のトナー汚染が広がり、摩擦によって適正に帯電しにくくなって弱帯電トナーが増加するおそれがある。しかし、電圧を印加することによって発生する放電を用いて現像装置内のトナー粒子を帯電するトナー帯電部材を設け、そのトナー帯電部材で、像担持体に付着するトナー粒子を強制的に帯電することとし、弱帯電トナーの発生を抑制して現像能力の低下を防止し、トナー飛散の発生を低減することができる。
【００３４】
請求項９に記載の発明によれば、潤滑物質供給手段により像担持体の表面に潤滑物質を供給する画像形成装置にあって、現像装置で、現像剤担持体で帯電トナー粒子を付着して像担持体の静電潜像を現像するとともに、その現像後のトナー像を直接または間接的に転写材に転写して後になお像担持体上に残留する転写残トナーを回収する。よって、潤滑物質により汚染したトナー粒子が回収されることにより現像装置内のトナー汚染が広がり、摩擦によって適正に帯電しにくくなって弱帯電トナーが増加するおそれがある。しかし、現像装置に、トナー粒子を担持して現像位置へと搬送する現像剤担持体と、その現像剤担持体で担持するトナー粒子を規制位置で層厚規制する層厚規制部材とともに、トナー帯電部材を備え、そのトナー帯電部材で、電圧を印加することによって発生する放電を用いて、像担持体に付着する現像剤担持体上のトナー粒子を強制的に帯電することとし、弱帯電トナーの発生を抑制して現像能力の低下を防止し、トナー飛散の発生を低減することができる。
【００３５】
請求項１０に記載の発明によれば、非画像形成時に、潤滑物質供給手段により像担持体の表面に潤滑物質を供給する画像形成装置にあって、画像形成時に、現像装置で、現像剤担持体で帯電トナー粒子を付着して像担持体の静電潜像を現像するとともに、その現像後のトナー像を直接または間接的に転写材に転写して後になお像担持体上に残留する転写残トナーを回収する。よって、潤滑物質により汚染したトナー粒子が回収されることにより現像装置内のトナー汚染が広がり、摩擦によって適正に帯電しにくくなって弱帯電トナーが増加するおそれがある。しかし、現像装置内で、現像剤担持体によりトナー粒子を担持して搬送し、その現像剤担持体で担持するトナー粒子を層厚規制部材で層厚規制するとともに、電圧を印加することによって発生する放電を用いて現像剤担持体上のトナー粒子をトナー帯電部材で帯電し、その帯電したトナー粒子を現像剤担持体で現像位置まで搬送して像担持体に付着することによりその像担持体上の静電潜像を現像することで、弱帯電トナーの発生を抑制して現像能力の低下を防止し、トナー飛散の発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図１は、画像形成装置の一例であるタンデム方式のカラープリンタで、その内部機構の全体概略構成を示す。
【００３７】
図中符号Ａは、画像形成装置本体であるプリンタ本体を示す。プリンタ本体Ａ内には、転写材搬送装置１を設ける。転写材搬送装置１は、４つのローラ１１ａ〜１１ｄに掛けまわして転写材搬送ベルト１０を備える。転写材搬送ベルト１０のまわりには、転写材搬送ベルト１０を介してローラ１１ａに対向してベルトクリーニング装置２を備える。転写材搬送ベルト１０は、２つのローラ１１ａ・１１ｄ間に張り渡す部分を、下方から上方へと転写材Ｐを搬送する転写材搬送路Ｒに沿って垂直に設ける。
【００３８】
そして、その張り渡し部分に沿って下方から順に、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの４つのドラム状の像担持体１２を一定間隔で設置する。各像担持体１２のまわりには、それぞれ帯電装置１３、現像装置１４、転写材ベルト１０を挟んで転写装置１５、潤滑物質供給手段１６を配置する。また、像担持体１２から少し離れた位置には、各々書込み装置１７を設ける。
【００３９】
また、プリンタ本体Ａは、底部に、シート・ＯＨＰフィルム等の転写材Ｐを積載して収納する転写材収納装置２０を備える。転写材収納装置２０からは、上述した転写材搬送路Ｒが上方に向けてのびる。そして、その転写材搬送路Ｒのはじめに、転写材搬送ベルト１０を介してローラ１１ｄに対向して吸着ローラ２１を配置し、終わりに、定着装置２２を配置する。プリンタ本体Ａ上には、スタック装置２３を設ける。
【００４０】
そして、画像形成時は、タイミングを取って不図示の給送部材で転写材収納装置２０から転写材Ｐを送り出し、吸着ローラ２１に電圧を印加して転写材搬送ベルト１０に吸着し、転写材搬送ベルト１０を時計まわりに走行して転写材Ｐを転写材搬送路Ｒに沿って上方へと搬送する。
【００４１】
一方、像担持体１２を反時計まわりに回転し、その表面を帯電装置１３で一様に帯電し、書込み装置１７で書込み光Ｌを照射して書込みを行い、像担持体１０上に静電潜像を形成し、現像装置１４でトナー粒子を付着して現像を行い、それぞれ各像担持体１０上にイエロ、シアン、マゼンタ、ブラックのトナー像を形成する。
【００４２】
それらのトナー像を、転写材搬送路Ｒに沿って上方へと搬送する上述した転写材Ｐに転写装置１５で順次転写し、転写材Ｐ上に合成トナー画像を形成して定着装置２２に入れ、加熱ローラ２４と加圧ローラ２５とで挟んで熱と圧力とを加えることで合成トナー画像を定着し、記録媒体の一例である転写材Ｐ上に画像を形成してプリンタ本体Ａから排出し、スタック装置２３上にスタックする。ベルトクリーニング装置２は、非画像形成時や転写材間に、像担持体１２から転写材搬送ベルト１０に付着したトナー粒子を除去する。
【００４３】
ところで、図示例では、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの各作像装置ごとに、像担持体１２と帯電装置１３と現像装置１４と潤滑物質供給手段１６とを一体化してプロセスカートリッジ１００を構成する。そして、メンテナンス時には、プリンタ本体Ａの不図示の正面カバーを開き、図２に示すようにローラ１１ｄの軸を中心として転写材搬送装置１を手前側に倒してプリンタ本体Ａの正面側を開放し、各プロセスカートリッジ１００をスライドしてプリンタ本体Ａに対して一括して着脱自在とする。
【００４４】
イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの各作像装置は、同一構成であり、図３には、その１の作像装置の構成を拡大して示す。
【００４５】
像担持体１２は、外径３０ｍｍの負帯電の有機感光体であり、図示省略した回転駆動機構により反時計まわりに回転する。表面速度は、１００［ｍｍ／sec］である。図示例では、ドラム状であるが、ベルト状のものを用いることもできる。
【００４６】
帯電装置１３は、芯金２７と中抵抗層２８とからなる、弾性を有する帯電ローラで構成する。中抵抗層２８は、１０６〜１０９［Ω・cm］程度で、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した発泡ウレタン層などでつくる。この他、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものを用いることもできる。なお、帯電装置１３は、像担持体１２に対して５〜２００μｍ程度のギャップをもって非接触で設けるようにしてもよい。
【００４７】
そして、たとえば帯電装置１３の芯金２７に、−４００Ｖの直流電圧に、周波数が１０００Ｈｚで、ピーク間電圧（＝Ｖｐｐ）が１４００Ｖである正弦波形の交流電圧を重畳した電圧を印加することにより、像担持体１２の表面を−４００Ｖに帯電する。
【００４８】
現像装置１４は、プロセスカートリッジ１００のカートリッジケースの一部で構成する現像ケース３０内に、現像剤担持体である現像ローラ３１と、供給ローラ３２と、層厚規制部材３３と、２つの攪拌部材３４と、この発明により新たに設けたトナー帯電部材３５を備え、この例では、トナー粒子のみからなる一成分現像剤を収納してなる。
【００４９】
現像ローラ３１は、芯金であるアルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等の金属製の円筒基体の表面に、外被層として樹脂中にカーボンブラックやグラファイトをほぼ均一に含有させた導電性樹脂層を設けた構成となっており、現像位置で像担持体１２と接触して表面速度１２５［ｍｍ／sec］で時計まわりに回転する。
【００５０】
供給ローラ３２は、発泡ポリウレタン等の弾性体からなり、時計まわりに回転して現像ローラ３１に対してトナー粒子を供給する。層厚規制部材３３は、ウレタンゴム、シリコーンゴム、リン青銅、ステンレス鋼等の弾性材料からなる弾性ブレードであり、全画像領域で先端を現像ローラ３１に押し当てて、現像ローラ３１で担持するトナー粒子の厚みを規制位置で層厚規制する機能を果たしつつ、摩擦によりトナー粒子を負帯電させる働きをする。また、攪拌部材３４は、現像ケース３０内のトナー粒子を攪拌しながら供給ローラ３２に向けて移動する。
【００５１】
トナー帯電部材３５は、帯電装置１３と同様に、芯金３７上に中抵抗層３８を有する。そして、現像ローラ３１の回転方向において、現像位置の上流で、規制位置の下流に配置する。中抵抗層３８としては、発泡ウレタン層などを設けるが、発泡ウレタン層に限らず、現像ローラ３１との間で放電を発生させる程度の抵抗値であれば、ゴムローラなどでもよい。そして、芯金３７に、図示せぬ電源から電圧を印加して、現像ローラ３１との間で放電を発生し、層厚規制部材３３の押し当て位置通過後に、現像ローラ３１で担持するトナー粒子を帯電する。現像ローラ３１との位置関係を安定に保つためには、現像ローラ３１への当接部でニップを形成する程度の硬度を有することが望ましいが、現像ローラ３１に対してトナー帯電部材３５を非接触に設けてもよい。
【００５２】
放電を発生させるために必要な印加電圧は、現像ローラ３１に印加された電圧値、トナーの電気抵抗、トナー層厚、トナー帯電部材３５の中抵抗層３８の抵抗値およびその層厚をパラメータとして、理論的にはパッシェン則により求めることができる。ただし、紛体であるトナー粒子の層には空隙が含まれており、空隙含有率は常に一定ではないために、層としての抵抗値を求めることは困難である。また、トナー粒子の電気抵抗の値は、測定方法や測定条件の選択によって変動する。これらのことを考慮すると、パッシェン則に数値を代入してトナー帯電部材３５に印加すべき電圧を決定するよりも、トナー帯電部材３５に印加する電圧とトナー帯電量との関係を予め求めておき、これに基づいてトナー粒子が狙いの帯電量となるような印加電圧値を決定する方が現実的である。
【００５３】
トナー粒子としては、バインダー樹脂としてスチレン系またはアクリル系の重合性単量体を、重合開始剤とともに水中に分散させた状態でラジカル重合させたものや、あるいはポリエステル系樹脂を水中に分散させ重付加反応により高分子化させたものを用い、これに着色剤、帯電制御剤などを加えて造粒することにより得られた、重量平均粒径約５μｍの非磁性のものを用いる。
【００５４】
そして、このような現像装置１４では、攪拌部材３４を回転して現像ケース３０内のトナー粒子を攪拌しながら供給ローラ３２に向けて移動し、時計まわりに回転する供給ローラ３２で現像ローラ３１に付着する。現像ローラ３１に付着したトナー粒子は、層厚規制部材３３で厚みを規制するとともに、摩擦により負帯電し、トナー帯電部材３５との間に導く。
【００５５】
ところで、図示現像装置１４では、トナー粒子が潤滑物質で汚染されていない初期状態において、現像ローラ３１の芯金に−３００［Ｖ］、トナー帯電部材３５の芯金３７に−１２００［Ｖ］の直流電圧が印加されると、現像ローラ３１上に担持されたトナー粒子の帯電量が狙いの値である−３０［μＣ／ｇ］となるように調整されている。そこで、画像形成初期においては、トナー帯電部材３５の芯金３７に−１２００［Ｖ］の直流電圧が印加される。
【００５６】
ここで、トナー帯電部材３５の芯金３７に印加される電圧とトナー粒子の帯電量との関係について説明する。本例では、トナー帯電部材３５の芯金３７には直流電圧が印加されているため、トナー層の表面電位とトナー帯電部材３５の表面との電位差が放電開始電圧を越えた時点で放電が開始される。放電が開始されると、トナー帯電部材３５に電圧を印加することによって像担持体１２が帯電させられるのと同様に現像ローラ３１上のトナー粒子が帯電され、トナー帯電量の絶対値が増加する。放電開始後に、トナー層の表面電位とトナー帯電部材３５の表面との電位差がさらに増加するようにトナー帯電部材３５の芯金３７に印加する電圧を変化させると、トナー粒子の帯電量は電位差の増加分とほぼ比例して増加していくが、上限値に近づくにつれて増加が穏やかになり収束する。また、本例の場合には、トナー帯電部材３５に直流電圧を印加することが望ましい。交流電圧を印加すると、現像ローラ３１上のトナー粒子が振動し、トナー薄層が乱れてしまうおそれがあるからである。
【００５７】
このようにして、現像ローラ３１上に担持されたトナー層の表面に存在するトナー粒子は、放電によってほぼ均一に帯電される。その後、トナー帯電部材３５との当接部を通過したトナー粒子層は、現像ローラ３１の回転にしたがって像担持体１２との対向部である現像位置に搬送される。
【００５８】
現像位置においては、現像ローラ３１に対して−３００Ｖの直流バイアスが印加されることで現像ローラ３１と像担持体１２との間に直流電界が形成され、負帯電させられたトナー粒子はこの直流電界によって像担持体１２上の画像部にのみ選択的に付着してトナー像となる。
【００５９】
次に、プロセスカートリッジ１００に備える潤滑物質供給手段１６は、固形潤滑物質４０と、この固形潤滑物質４０を像担持体１２の表面に供給するための塗布ブラシ４１と、回転することによりその塗布ブラシ４１を像担持体１２に対して接離可能とするカム部材４２とで構成する。固形潤滑物質４０は、ステアリン酸亜鉛のごとき金属石鹸、あるいはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などを主成分としており、塗布ブラシ４１に対して図示せぬ付勢手段により付勢されて当接されている。
【００６０】
塗布ブラシ４１の長手方向端部にはギアが設けられ、そのギアが像担持体１２端部に設けられたギアと噛み合うことにより塗布ブラシ４１が像担持体１２に対して連れまわりし、これにより固形潤滑物質４０が塗布ブラシ４１を介して像担持体１２上に塗布されるようになっている。このように本例の画像形成装置では、像担持体１２上に潤滑物質を塗布することで、トナーの転写率を向上するとともに、転写残トナーの現像装置１４への回収率を高めることができる。
【００６１】
しかし、クリーナレス方式の場合、画像形成時に塗布ブラシ４１が像担持体１２に常時当接していると、塗布ブラシ４１に転写残トナーが付着して固形潤滑物質４０の供給が阻害される。また、塗布ブラシ４１に付着したトナー粒子が再び像担持体１２上に移動すると、多量の潤滑物質で汚染されたトナー粒子が帯電装置１３、現像ローラ３１、および現像装置１４内のトナー粒子と接触して２次汚染を引き起こすこととなる。
【００６２】
そこで、本例の画像形成装置においては、カム部材４２を用いて、画像形成時においては塗布ブラシ４１が像担持体１２に接触せず、非画像形成時には所定のタイミングで塗布ブラシ４１が像担持体１２に接触するように制御する。
【００６３】
ここで、塗布ブラシ４１が像担持体１２に接触する所定のタイミングは、画像形成前後であって像担持体１２が回転している時間や、連続通紙中に潤滑物質を塗布する場合においては像担持体１２が１の転写材Ｐにトナー像を転写した後であって次の転写材Ｐに接触する前の時間などを適宜選ぶことができる。
【００６４】
本例の塗布方式を用いると、転写領域から潤滑物質を供給する場合と異なり、像担持体１２上のトナー粒子の表面を汚染することなく、像担持体１２の表面に潤滑物質を供給することができる。また、転写残トナーが存在しない非画像形成時に潤滑物質を像担持体１２上に供給することとし、その後像担持体１２上に供給されるトナー粒子は、潤滑物質の表面に乗ることとなり、このためトナー粒子と像担持体１２との付着力は確実に低減され、トナー転写率を向上し、現像装置１４へのトナー回収率を高めることができる。
【００６５】
さて、プロセスカートリッジ１００の外に備える書込み装置１７は、それぞれプロセスカートリッジ１００に対して、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの画像情報に応じた書込み光Ｌを照射する。これにより、画像部と非画像部との間に電位差を設け、電位コントラストによる静電潜像を形成する。ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用することができる。
【００６６】
また、プロセスカートリッジ１００の外に備える転写装置１５は、少なくとも芯金４４と、その芯金４４を被覆する導電性弾性層４５とからなる弾性を有する転写ローラで構成する。導電性弾性層４５は、ポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散し、電気抵抗値（体積抵抗率）を１０6〜１０10［Ω・ｃｍ］の中抵抗に調整してなる。そして、転写装置１５に電圧を印加して、その転写装置１５で像担持体１２上のトナー像を転写材Ｐに転写する。
【００６７】
さて、図示カラープリンタでは、転写材Ｐに転写されずに像担持体１２上に残留したトナー粒子は、像担持体１２上に担持されたままそのまま帯電装置１３との対向部に至り、そこで帯電装置１３の芯金２７に印加された電圧によって生じる放電によって負帯電される。ここで、像担持体１２上に残留したトナー粒子には、逆帯電トナーや弱帯電トナーが多く含まれ、このようなトナー粒子を現像装置１４に回収するためにはトナー粒子の帯電量を正規の帯電量に近づける必要がある。しかし、本例の転写残トナーには、潤滑物質が付着していることから、摩擦帯電によってトナー粒子を帯電させることは困難である。
【００６８】
そこで、この例では、帯電装置１３に交流電圧を印加することによって像担持体１２を帯電するとともに、放電によって潤滑物質が付着した状態で像担持体１２上に残留したトナー粒子を帯電し、現像装置１４に回収可能とする。負帯電させられたトナー粒子は、像担持体１２上に担持されたまま現像位置まで搬送され、静電潜像の画像部（トナー粒子が付着するべき画像部分）に存在するトナー粒子は現像電界によって像担持体１２上に残留され、非画像部に存在するトナー粒子は現像電界によって現像ローラ３１上に移動されて現像装置１４の内部に回収される。
【００６９】
以上のとおり、図示カラープリンタでは、現像装置１４に回収されたトナー粒子の中には、潤滑物質によって汚染されているものがある。そのようなトナー粒子は、摩擦帯電によっては帯電せず、弱帯電トナーとなりやすい。また、トナー粒子同士の接触によって潤滑物質がもともと現像装置１４内にあったトナー粒子にも付着し、摩擦帯電しにくいトナー粒子が増加する。さらに、潤滑物質で汚染されたトナー粒子は、摩擦係数が低いために層厚規制部材３３と現像ローラ３１間をすり抜け、像担持体１２との対向部まで到達しやすく、また潤滑物質で汚染された多量のトナー粒子が層厚規制部材３３との間をすり抜けるとトナー層厚に変化をもたらすこともある。
【００７０】
しかし、本例の画像形成装置では、トナー帯電部材３５と現像ローラ３１との間に発生する放電によって潤滑物質で汚染されたトナー粒子が帯電される。放電に基づく帯電では、放電によって発生したイオンなどが表面に付着することによってトナー粒子を帯電させるので、摩擦帯電による帯電をしにくいトナー粒子であっても帯電させることができる。また、トナー層の表面に存在するトナー粒子のみを帯電させるので、トナー層厚の変動が濃度ムラとして現れにくい。したがって、潤滑物質で汚染されたトナー粒子が現像装置１４に混入した場合にも、濃度低下やトナー飛散を起こしにくくなり、経時に渡り良好な画像を形成することができる。
【００７１】
ところで、潤滑物質で汚染されたトナー粒子が現像装置１４内で増加すると、表面に付着した潤滑物質によってトナー粒子の抵抗値が変化する。また、前述したように現像ローラ３１上のトナー層厚も変動しやすくなり、これによってもトナー層の電気抵抗が変動する。トナー層の電気抵抗が変動すると、トナー粒子を所定の帯電量に帯電させるためにはトナー帯電部材３５の芯金３７に印加する電圧の値を変化させなければならない。さもないと、トナー粒子の帯電量が経時的に変動し、濃度変化やトナー飛散などを発生することとなる。
【００７２】
そこで、本例の画像形成装置では、トナー層の電気抵抗値の変化を現像ローラ３１の芯金に流れる電流の変化によって検出する。具体的には、非画像形成時に現像ローラ３１への電圧印加を行なわない状態でトナー帯電部材３５の芯金３７に振幅９００［Ｖ］の交流電圧を印加し、このとき現像ローラ３１の芯金を流れる電流値を測定する。図４に、この機構を示す。トナー帯電部材３５の芯金３７に交流電圧を印加すると、電圧が変化するたびにコンデンサ４６に電荷が誘起され、電流Ｉは交流電圧の立ち上がり時に正の値を取り、立ち下がり時に負の値をとって発生する。電流Ｉのうち正の値を有する部分だけが整流回路（電流検出手段）４７を通過してＩｓとなり、電流検出回路４８がこのＩｓの値を検出して現像ローラ３１の芯金４９を流れる電流値を測定し、コントローラ（制御手段）５０に送る。そして、電流検出回路４８の検出出力に応じて、トナー帯電部材３５に印加する電圧を制御する。
【００７３】
ここで、Ｉｓの値と、トナー帯電部材３５の芯金３７に印加すべき電圧の値との関係は、トナー帯電部材３５の芯金３７に印加すべき電圧の値との関係は、製品出荷前に予め実験によって求められており、両者の対応関係はテーブルとして画像形成装置内のメモリに記憶されている。あるＩｓの値が検出された場合に、トナー帯電量を−３０［μＣ／ｇ］とすべく、コントローラ５０はこのメモリに記憶されたテーブルを用いて次回の画像形成時にトナー帯電部材３５の芯金３７に印加すべき電圧の値を求め、次回の画像形成時にはこの電圧値をトナー帯電部材３５の芯金３７に印加する。このようにして、トナー帯電部材３５の芯金３７に印加する電圧値を決定することにより、潤滑物質によるトナー粒子の汚染が経時的に増加した場合にも、現像ローラ３１に担持されたトナー粒子の帯電量の変動を抑制することができる。
【００７４】
なお、本例では、トナー帯電部材３５の芯金３７に電圧を印加し、このときに現像ローラ３１に流れる電流値を検出したが、トナー層の電気抵抗値の変化を検出できるのであれば電流検出に用いる部材に特に制限はなく、現像ローラ３１の芯金４９に電圧を印加してトナー帯電部材３５の芯金３７に流れる電流値を検出してもよいし、現像ローラ３１の芯金４９に電圧を印加して層厚規制部材３３に流れる電流値を検出するようにしてもよい。すなわち、現像剤担持体と、その現像剤担持体で担持するトナー粒子を挟んでその現像剤担持体に押し当てる部材のいずれか一方に電圧を印加したときに、他方に流れる電流を電流検出手段で検出するようにする。
【００７５】
さて、上述した例では、トナー帯電部材３５を、現像剤担持体である現像ローラ３１の回転方向において、現像位置の上流で、規制位置の下流に配置したが、トナー帯電部材３５を別途設けることなく、現像ローラ３１に弾性的に押し当ててそれで担持するトナー粒子の層厚を規制する層厚規制部材３３で兼ね、例えば図５に示すように層厚規制部材３３をトナー帯電部材としても利用するようにしてもよい。この図５において、図３と対応する部分には、同一の符号を付し、重複説明を省略する。
【００７６】
すなわち、層厚規制部材３３に電圧を印加することによって層厚規制部材３３と現像ローラ３１との間、特に層厚規制部材３３と現像ローラ３１との当接部にトナー層が突入する入り口側（現像ローラ３１の回転方向で上流側）において放電を発生させ、この放電によってトナー粒子を帯電させる。
【００７７】
図６は、現像ローラ３１と層厚規制部材３３との当接部を拡大した図である。層厚規制部材３３は、絶縁部５２と中抵抗部５３とを有し、図示せぬ電源から中抵抗部５３に対して電圧が印加することにより、現像ローラ３１との近接部のうち現像ローラ３１の回転方向上流側の部分ａで放電を発生させ、この放電によってトナー粒子を帯電させる。中抵抗部５３は、金属製の板状部材の周囲を中抵抗（１０6〜１０9［Ω・ｃｍ］）な部材で被覆して構成し、金属製の板状部材に対して電圧を印加するようにする。
【００７８】
なお、図５および図６に示す例では、層厚規制部材３３に絶縁部５２と中抵抗部５３を設ける場合について説明したが、絶縁部５２に相当する部分をプロセスカートリッジ１００のカートリッジケースと一体化した凸部として、その先端に中抵抗部５３に相当する部分を設けるようにしても、本発明の効果を達成することができる。
【００７９】
ところで、この中抵抗部１３ｃ２には、直流電圧に、交流電圧を重畳させた電圧を印加することが望ましい。図１ないし図４で示す構成において交流電圧を印加すると、トナー粒子が飛び散るなどして薄層が乱れることになるが、本例では、薄層形成前での電圧印加であり、かつ層厚規制部材３３と現像ローラ３１とによって挟まれた領域での放電であるので、トナー粒子の飛び散りが抑制される。交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐは放電開始電圧の２倍以上に設定されており、これにより層厚規制部材３３と現像ローラ３１との間で双方向放電が発生する。像担持体１２を帯電させる際に交流電圧による双方向放電を用いると、帯電ムラなく像担持体１２が帯電されることが知られており、トナー粒子を帯電させる際にも交流電圧による双方向放電を用いると、トナー層の表面電位が安定するので好ましい。このような帯電量安定効果は、潤滑物質でトナー粒子が汚染されていない場合にも得られる。
【００８０】
しかし、交流電圧によってトナー粒子を帯電させることは、トナー粒子表面に潤滑物質が付着している場合に特に好ましい効果をもたらす。この点について以下、説明する。
【００８１】
本発明者らは、以前、像担持体に対して接触または近接して設けられたトナー帯電部材３５に対して交流電圧を印加したところ、像担持体の感光層の膜厚が減少することを発見した。このときの実験について説明すると、帯電ローラ（帯電装置）と感光体（像担持体）のみから構成される実験系において、帯電ローラに印加する交流電圧の周波数を固定させたままピーク間電圧値Ｖｐｐを２．２［ｋＶ］、２．６［ｋＶ］、３．０［ｋＶ］と変化させて１１３［ｍｍ／ｓ］の表面速度を有する感光体を帯電させたところ、図７に示すようにＶｐｐの増加に比例して感光体の膜厚減少量が増加することが確認できた。
【００８２】
また、交流電圧のピーク間電圧値Ｖｐｐを固定させたまま周波数を変化させた実験では、主端数の増加に比例して感光体の膜厚減少量が増加することが確認できた。次に、感光体表面に潤滑物質であるステアリン酸亜鉛を塗布しながら同様な実験を行なったところ、感光体の膜厚は減少しなかった。このとき、感光体の表面を調べたところ、ステアリン酸亜鉛のラメラ結晶構造は破壊され、ステアリン酸亜鉛の残骸と思われる低分子がわずかに検出された。
【００８３】
この実験結果から、交流電圧によって生じる双方向放電は、高分子の分子鎖を切断する効果があり、感光体に対して直接に放電を行なった場合には感光体表面の感光層を構成する分子が、感光体表面にステアリン酸亜鉛を存在させた状態で放電を行なった場合にはステアリン酸亜鉛を構成する分子が切断されることが判明した。このメカニズムについては詳細は定かではないが、電界によるイオン分子の衝突や、発生した活性酸素等に電子が奪われることによる分子鎖の切断などによるものと予想される。
【００８４】
このように放電には分子鎖を切断する効果があるため、これを利用してトナー粒子表面に付着した潤滑物質の分子構造を破壊し潤滑作用を失わせることも可能となる。例えば、ステアリン酸亜鉛のごとき金属石鹸の潤滑作用は、所定の構造をもつ層が積層し、層同士の間ですべりが生じることによって潤滑作用を発揮する、いわゆるラメラ構造による潤滑作用であることが知られているが、このラメラ構造を破壊してしまえば潤滑作用はなくなる。また、放電によって破壊された潤滑物質の残骸である低分子は、その多くがガス化してトナー粒子表面から飛散してしまうと予想される。これによっても、トナーは、再び摩擦帯電しやすい状態に戻る。さらに、潤滑物質の付着によって摩擦帯電以外の特性、例えば流動性などが変化していた場合にも、交流電圧による潤滑物質の除去によりトナー粒子の特性を汚染前の状態に回復させることができる。
【００８５】
以上のように、層厚規制部材３３と現像ローラ３１との間に交流電圧を印加することによってトナー粒子表面に付着した潤滑物質を除去し、トナー粒子の特性を汚染前の状態に戻すことができる。
【００８６】
さて、図５に示す例では、さらに、転写材搬送ベルト１０上に所定のタイミングで形成したトナーパッチの濃度を検出するトナー濃度検知手段５５を備えている。かかるトナー濃度検知手段５５としては、公知のものが使用でき、例えばトナーパッチに光を照射し、この反射光を受光素子で受光し、受光された光量をトナー濃度に変換する方式などが使用できる。
【００８７】
トナー濃度検知手段５５の検知結果は、制御手段であるコントローラ５６に送られ、コントローラ５６においてトナー濃度が想定された値よりも低下しているか否かが判定される。この判定は、単純に測定されたトナー濃度値Ｎが所定のしきい値Ｔｈよりも下回っていないか否か、すなわちＶ＜Ｔｈが成立するか否かによって判断される。
【００８８】
トナー濃度が想定された値よりも低下していると判定された場合、コントローラ５６は各種のプロセスコントロールを行うが、その一環として、層厚規制部材３３に印加する交流電圧の値を変化させる。具体的には、交流電圧のピーク間電圧値や周波数を増加させ、トナー粒子表面の潤滑物質をより多く除去させる。つまり、トナー濃度検知手段５５の検出出力に応じて、制御手段であるコントローラ５６でトナー帯電部材３５に印加する電圧を制御する。この制御により、トナー濃度低下の原因が潤滑物質によるトナー粒子の汚染である場合には、トナー濃度を回復させることが可能となる。
【００８９】
なお、多量の放電は、現像ローラ３１表面の分子鎖も切断しうることに鑑み、トナー濃度が充分である場合には、逆に交流電圧のピーク間電圧値や周波数を減少させる制御を行う。これにより、必要以上の放電による各種部材の劣化を低減することができる。
【００９０】
また、本例においても、図１ないし図４に示す例と同様、潤滑物質で汚染されたトナー粒子の増加によってトナー粒子の抵抗値が変化することを抑制するためにトナー層の電気抵抗値の変化を現像ローラ３１の芯金に流れる電流の変化によって検出する方式が採用できる。本例の場合には、もともと層厚規制部材３３に交流電圧を印加する構成となっているために、専用の交流電源を設ける必要はない。また、トナー粒子の帯電量は、層厚規制部材３３に印加される電圧の直流成分によって決定されるため、電圧値へのフィードバックの際には直流成分の値のみを変化させればよい。
【００９１】
ところで、上述したように、トナー帯電部材３５に交流電圧を印加すると、直流電圧を印加する場合よりも現像ローラ３１をむらなく帯電し、トナー粒子を均一に帯電することができるとともに、交流電圧による双方向放電により、トナー表面に付着した潤滑物質を効率よく分解してトナー粒子の汚染を解消することができる。しかし、トナー粒子が飛散するおそれがある。そこで、例えば図８に示すように、トナー帯電部材３５まわりで現像ローラ３１の表面に、長手方向における全画像領域で対向して絶縁性のトナー飛散防止部材５８を設け、そのトナー飛散防止部材５８と現像ローラ３１とで挟まれた空間において双方向放電を起こし、トナー飛散防止部材５８でトナー粒子を閉じ込めてトナー飛散を防止するようにするとよい。
【００９２】
さて、以上の例では、像担持体１２上のトナー像を直接、記録媒体である転写材Ｐに転写する画像形成装置、それに備えるプロセスカートリッジや現像装置、およびその作像方法に適用した場合について説明した。しかし、ベルト状やドラム状の中間転写体を介して間接的に転写材に転写する画像形成装置、それに備えるプロセスカートリッジや現像装置、またその作像方法にも、同様に適用することができる。
【００９３】
なお、上述した例では、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの各作像装置ごとに、像担持体１２と帯電装置１３と現像装置１４と潤滑物質供給手段１６とを一体化してプロセスカートリッジ１００を構成し、例えばその一部に摩耗や破損などを生じたとき、プロセスカートリッジ１００ごと交換することで早期に原状回復し、サービス時間を短縮するなど、メンテナンス性を向上することができ、また像担持体１２のクリーニング性を良好にして高寿命化に寄与することができるようにした。
【００９４】
しかし、像担持体１２とともに、常に帯電装置１３と現像装置１４と潤滑物質供給手段１６のすべてを一体化する必要はなく、この発明では、像担持体と少なくとも現像装置を一体的に構成し、画像形成装置本体に対して一括して着脱し得るようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】画像形成装置の一例であるタンデム方式のカラープリンタで、その内部機構の全体概略構成図である。
【図２】そのプロセスカートリッジの着脱状態を示す図である。
【図３】その１つの作像装置まわりの拡大構成図である。
【図４】その現像剤担持体の芯金を流れる電流検出回路図である。
【図５】別の例の１つの作像装置まわりの拡大構成図である。
【図６】その現像剤担持体まわりの拡大図である。
【図７】ＡＣ印加電圧と感光体膜厚の減少量との関係を示す図である。
【図８】さらに別の例の１つの作像装置まわりの拡大構成図である。
【符号の説明】
【００９６】
１２    像担持体
１３    帯電装置
１４    現像装置
１６    潤滑物質供給手段
３１    現像ローラ（現像剤担持体）
３３    層厚規制部材
３５    トナー帯電部材
４８    電流検出手段
５０    コントローラ（制御手段）
５５    トナー濃度検知手段
５６    コントローラ（制御手段）
５８    トナー飛散防止部材
１００    プロセスカートリッジ
Ｐ      転写材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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